Análisis de riesgo en el tráfico marítimo con metodologías emergentes de gestión de incertidumbre

Resumo

La incertidumbre está presente en muchos, si no en la mayoría, de los análisis de sistemas complejos y procesos de modelización. A lo largo de la segunda mitad del siglo XX se enunciaron diferentes teorías matemáticas que permiten un tratamiento riguroso de la incertidumbre. La presente tesis aborda la aplicación de estas nuevas teorías en el ámbito del análisis de riesgo del tráfico marítimo y presenta una metodología, basada concretamente en la Teoría de Dempster-Shafer, para la cuantificación y propagación de la incertidumbre presente en la modelización de la probabilidad de colisión de los barcos que navegan en una ruta. Esta metodología asegura una representación adecuada de la incertidumbre presente en las variables de entrada del modelo y una propagación rigurosa de esta incertidumbre hacia la variable de salida a través del modelo. A partir de la revisión del estado del arte se presentan las primeras contribuciones prácticas de este trabajo: 1) la selección del modelo de estimación de la probabilidad de colisión que da una mejor respuesta no solo a la descripción del sistema sino también a la disponibilidad real de información, y 2) la selección de la teoría matemática de tratamiento de la incertidumbre que mejor se adapta a las características de la incertidumbre presente en el modelo elegido. La tercera contribución se presenta con el desarrollo concreto de la caracterización de la incertidumbre asociada a este modelo mediante cajas de probabilidad (probability-box). La propuesta realizada para propagar la incertidumbre, utilizando los límites de confianza de Kolmogorov-Smirnov y la dualidad existente entre cajas de probabilidad y estructuras Dempster-Shafer, es la cuarta contribución de este trabajo. Otra contribución de interés es la fórmula propuesta para calcular la probabilidad de colisión entre dos barcos cuando la distribución del tráfico marítimo es representada mediante estructuras Dempster-Shafer. También se presenta el cálculo de la probabilidad de colisión para el resto de las variables de entrada que incorporan incertidumbre. Por último se presenta la aplicación y validación de la metodología propuesta al tráfico marítimo en las Islas Canarias. El tráfico se describe utilizando la información aportada por el sistema AIS (Automatic Identification System) y la metodología se aplica a cuatro rutas seleccionadas del conjunto de rutas definido al realizar la modelización del tráfico en la zona. La validación de esta metodología se ha realizado comparando los resultados obtenidos en las cuatro rutas citadas con los alcanzados por la aplicación IWRAP Mk2 y empleando la divergencia de Kullback-Leibler como una métrica que permite estimar la discrepancia existente entre la distribución normal del tráfico marítimo propuesta por IWRAP para la probabilidad de colisión y la distribución real obtenida por la metodología basada en la Teoría de Dempster-Shafer.